在GoF的23种设计模式中，单例模式是比较简单的一种。然而，有时候越是简单的东西越容易出现问题。下面就单例设计模式详细的探讨一下。
所谓单例模式，简单来说，就是在整个应用中保证只有一个类的实例存在。就像是Java Web中的application，也就是提供了一个全局变量，用处相当广泛，比如保存全局数据，实现全局性的操作等。

¶最简单实现(饿汉)

public class Singleton{
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
    
    private Singleton(){
    
    }
}

外部使用者如果需要使用SingletonClass的实例，只能通过getInstance()方法，并且它的构造方法是private的，这样就保证了只能有一个对象存在。

¶性能优化–lazy loaded(懒汉)

上面的代码虽然简单，但是有一个问题----无论这个类是否被使用，都会创建一个instance对象。如果这个创建很耗时，比如说链接10000次数据库（夸张一点啦…），并且这个类还不一定会被使用，那么这个创建过程就是无用的，怎么办呢？

public class SingletonClass { 
  private static SingletonClass instance = null; 
    
  public static SingletonClass getInstance() { 
    if(instance == null) { 
      instance = new SingletonClass(); 
    } 
    return instance; 
  }

  private SingletonClass() { 
     
  }
}

要使用 SingletonClass，调用getInstance（）方法，第一次的时候发现instance时null,然后就创建一个对象，返回出去；第二次再使用的时候，因为这个instance是static的，共享一个内存地址的，所以instance的值已经不是null了，因此不会再创建对象，直接将其返回。这个过程就称为lazyloaded,也就是迟加载-----直到使用的时候才经行加载。

¶线程安全

上面的代码很清楚，也很简单。然而就像那句名言：“80%的错误是由20%的代码优化引起的”。单线程下，这段代码没什么问题，可是如果是多线程呢，麻烦就来了，我们来分析一下：

线程A希望使用SingletonClass，调用getInstance()方法。因为是第一次调用，A就发现instance是null的，于是它开始创建实例，就在这个时候，CPU发生时间片切换，
线程B开始执行，它要使用SingletonClass，调用getInstance()方法，同样检测到instance是null——注意，这是在A检测完之后切换的，也就是说A并没有来得及创建对象——因此B开始创建。
B创建完成后，切换到A继续执行，因为它已经检测完了，所以A不会再检测一遍，它会直接创建对象。这样，线程A和B各自拥有一个SingletonClass的对象——单例失败！
解决的办法也很简单，那就是加锁：

public class SingletonClass{
    private static SingletonClass instance = null;
    public synchronized static SingletonClass getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingletonClass();
        }
        return instance;
    }
    private SingletonClass(){
    
    } 
}

只要getInstance（）加上同步锁，，一个线程必须等待另外一个线程创建完后才能使用这个方法，这就保证了单例的唯一性。

¶双重检查锁定(double–checked–locking)

上面这段代码毫无疑问存在性能的问题----synchronized修饰的同步块可是要比一般的代码慢上几倍的！如果存在很多次的getInstance()调用，那性能问题就不得不考虑了？！！！

究竟是整个方法都必须加锁，还是紧紧其中某一句加锁就足够了？我们为什么要加锁呢？分析一下lazy loaded的那种情形的原因，原因就是检测null的操作和创建对象的操作分离了，导致出现只有加同步锁才能单利的唯一性。
如果这俩个操作能够原子的进行，那么单利就已经保证了。于是，我们开始修改代码：

public class SingletonClass{
    private static SingletonClass instance = null;
    public static SingletonClass getInstance(){
        synchronized(SingletonClass.class){
            if(instance == null){
            instance = new SingletonClass();
            }
        }
        return instance;
    }
    private SingletonClass(){
    
    } 
}

首先去掉 getInstance() 的同步操作，然后把同步锁加载到if语句上。但是，这样的修改起不到任何作用：因为每次调用getInstance()的时候必然要经行同步，性能的问题还是存在。如果…我们事先判断一下是不是为null在去同步呢？

public class SingletonClass{
    private static SingletonClass instance = null;
    public static SingletonClass getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized(SingletonClass.class){
                if(instance == null){
                    instance = new SingletonClass();
                }
            }
        }    
        return instance;
    }
    private SingletonClass(){
    
    } 
}

首先判断instance是不是为null，如果为null在去进行同步，如果不为null，则直接返回instance对象。这就是double—checked----locking设计实现单例模式。

¶并发编程–有序性

并发编程中，我们通常会遇到以下三个问题：原子性问题，可见性问题，有序性问题。我们上面的单例实现是否都解决了。

[X] 原子性：即一个操作或者多个操作要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。
[X] 可见性：可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。
[ ] 有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

编译原理里面有一个很重要的内容是编译器优化。所谓编译器优化是指，在不改变原来语义的情况下，通过调整语句顺序，来让程序运行的更快。这称为指令重排序(Instruction Reorder)。

初始化Singleton和将对象地址赋给instance字段的顺序是不确定的。在某个线程创建单例对象时，在构造方法被调用之前，就为该对象分配了内存空间并将分配的内存地址赋值给instance字段了，然而该对象可能还没有初始化。若紧接着另外一个线程来调用getInstance，此时instance不是null，但取到的对象还未真正初始化，程序就会出错。

在JDK1.5之前，volatile是个关键字，但是并没有明确的规定其用途。在JDK1.5之后，volatile关键字有了明确的语义—是禁止指令重排序优化，被volatile修饰的写变量不能和之前的读写代码调整，读变量不能和之后的读写代码调整！因此，只要我们简单的把instance加上volatile关键字就可以了。

public class SingletonClass{
    private static volatile SingletonClass instance = null;
    public static SingletonClass getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized(SingletonClass.class){
                if(instance == null){
                    instance = new SingletonClass();
                }
            }
        }    
        return instance;
    }
    private SingletonClass(){
    
    } 
}

¶静态内部类

代码如下：

public class SingletonClass { 
  private static class SingletonClassInstance { 
    private static final SingletonClass instance = new SingletonClass(); 
  } 

  public static SingletonClass getInstance() { 
    return SingletonClassInstance.instance; 
  } 

  private SingletonClass() { 

  } 
}

SingletonClass没有static的属性，因此并不会被初始化。直到调用getInstance()的时候，会首先加载SingletonClassInstance类，这个类有一个static的SingletonClass实例，因此需要调用SingletonClass的构造方法，然后getInstance()将把这个内部类的instance返回给使用者。由于这个instance是static的，因此并不会构造多次。

由于SingletonClassInstance是私有静态内部类，所以不会被其他类知道，同样，static语义也要求不会有多个实例存在。并且，JSL规范定义，类的构造必须是原子性的，非并发的，因此不需要加同步块。同样，由于这个构造是并发的，所以getInstance()也并不需要加同步。

¶序列化问题（枚举、readResolve）

public class SingletonClass { 
  private static class SingletonClassInstance { 
    private static final SingletonClass instance = new SingletonClass(); 
  } 

  public static SingletonClass getInstance() { 
    return SingletonClassInstance.instance; 
  } 

  private SingletonClass() { 

  } 
  
  private Object readResolve(){
      return SingletonClassInstance.instance;
  }
}

JVM从内存中反序列化地"组装"一个新对象时,就会自动调用这个 readResolve方法来返回我们指定好的对象了, 单例规则也就得到了保证。

¶枚举

public enum Singleton{  
    instance;  
    public void whateverMethod(){}      
}

使用枚举除了线程安全和防止反射调用构造器之外，还提供了自动序列化机制，防止反序列化的时候创建新的对象。因此，《Effective Java》作者推荐使用的方法。

¶反射问题（第二次实例化的时候，抛出异常）

public class SingletonClass { 
  private static boolean isInstanced = false;
    
  private static class SingletonClassInstance { 
    private static final SingletonClass instance = new SingletonClass(); 
  } 

  public static SingletonClass getInstance() { 
    return SingletonClassInstance.instance; 
  } 

  private SingletonClass() { 
        if(!instanced){
            instanced = true;
        }else{
            throw new Exception("duplicate instance create error!" + SingletonClass.class.getName());  
        }
  } 
}